Дендримеры в таргетной доставке противоопухолевых препаратов: достижения, проблемы и перспективы дальнейших исследований

Полный текст

Сокращения: PPI – полипропиленимин; PLL – Поли-L-лизин; PAMAM – Полиамидоамин; PDI – Индекс полидисперсности; siRNA – Малая интерферирующая рибонуклеиновая кислота; DOX – Доксорубицин; PTX – Паклитаксел; G4 – Поколение 4; DTX – Доцетаксел; TZ – Трастузумаб; HER2 – Рецептор эпидермального фактора роста человека типа 2; FA – Фолиевая кислота; HABA – 4’-гидроксиазобензол-2-карбоновая кислота; DSC – Дифференциальная сканирующая калориметрия; rMETase – Рекомбинантная метиониназа; DAB – 1,4-диаминобутан; scFvs – Переменные фрагменты одной цепи; Ara-C – Цитарабин; GL – Глицирризин

ВВЕДЕНИЕ

Онкологическим больным с целью подавления роста пролиферирующих клеток вводят химиотерапевтические агенты [1]. Однако во многих случаях поставленные цели и задачи не достигаются. Причинами этого могут быть: потеря лекарства в процессе доставки к органу-мишени; генерализованная доставка лекарств во все части тела, включая места, которые не имеют опухолей; побочные эффекты.

Наномедицина – это область науки, которая изучает терапевтические вещества/агенты, средний размер частиц которых находится в диапазоне нескольких нанометров [2]. По сравнению с традиционными формами лекарственных средств, включая таблетки, капсулы и т.д., в последние десятилетия, внимание ученых привлекли дизайн и разработка систем целевой доставки лекарств, так как, по сравнению с традиционными формами, они имеют ряд преимуществ [3, 4]. Несмотря на то, что химиотерапевтические агенты применяются для лечения рака, они обладают многочисленными побочными эффектами, а также проявляют слабую противоопухолевую активность. Более того, эти традиционные формы не могут избирательно доставлять препарат в интерстициальную ткань опухоли. Новые формы лекарственных средств разрабатываются с учетом проблем, связанных с традиционной химиотерапией, и для решения связанных с ней вопросов. Новые формы лекарственных средств включают полимерные мицеллы, наночастицы, липосомы и дендримеры [5, 6], в то время как некоторые системы, такие как Doxil^© (липосомальный доксорубицин) и Abraxane^© (паклитаксел, связанный с альбумином), нашли свой путь на рынок [7].

Дендримеры – это трехмерные глобулярные молекулы, обладающие центральным ядром, из которого берут начало многочисленные ветви с обширным разветвлением [8, 9]. Соединения и конъюгаты для образования дендримеров синтезируются последовательно, шаг за шагом, что обеспечивает однородное и равномерное разветвление молекул, образование специфических групп на поверхности, низкий индекс полидисперсности (PDI) и уникальный размер молекул. Следовательно, дендримеры, синтезированные ступенчатым способом, обладают многочисленными преимуществами по сравнению с полимерами, синтезированными в один этап. Первые сведения о дендримерах зарегистрированы почти 3 десятилетия назад [10, 11]. Ранние исследования были сосредоточены только на их химических и физических характеристиках, а также на этапах синтеза, но именно в последнее десятилетие исследователи начали открывать их потенциал в области наномедицины и других, связанных с биомедициной, областях науки. Дендримеры оказались перспективными во многих областях исследования, таких как: химиотерапия, разработка вакцин, противовирусные препараты, антибактериальные препараты, доставка siRNA/генов, диагностическое применение в медицине и здравоохранении [12–15].

Структура дендримеров является ключевым фактором, обеспечивающим их преимущества для биомедицины, доставки лекарственных средств и диагностического применения. Благодаря контролируемой поливалентности дендримеров, с их поверхностью могут связываться молекулы лекарств, таргетных и солюбилизирующих групп. Кроме того, в отличие от обычных линейных полимеров, из-за низкого дендритного PDI они демонстрируют предсказуемую/воспроизводимую клиническую фармакокинетику. Более того, в отличие от дендримеров, большинство традиционных линейных полимеров имеют неравномерную спиральную структуру, однако трехмерная сферическая дендритная структура влияет на биохимические свойства, что приводит к положительным результатам, связанным с их трехмерной макроструктурой. В последнее время синтетические или полусинтетические полимеры показали перспективность использования лекарственных форм в виде полимерных мицелл [16–18]. Это открытие побудило исследователей, работающих над дендримерами, синтезировать новые макромолекулы с целью разработки и исследования новых химиотерапевтических средств.

ЦЕЛЬ. Информировать читателей относительно дизайна, разработки, ограничений, проблем и перспектив дальнейших исследований противоопухолевых биодендримеров.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

База данных была представлена такими системами как Medline, Cochrane Central Register of Controlled Trials, Scopus, Web of Science Core Collection, PubMed. gov, Google-Academy. Проведен поиск по следующим ключевым словам и сочетаниям: полипропилени- мин; поли-L-лизин; Полиамидоамин – Polyamido- amine (PAMAM); рак; доставка лекарств; дендримеры.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

1. Обзор дендримеров как терапевтических, диагностических, тераностических агентов и агентов таргетной доставки

К дендримерам прикреплены таргетные лиганды, лекарственные препараты и диагностические агенты. Противоопухолевые лекарственные препараты, связанные с дендримерами, были обнаружены в более высоких концентрациях в системном кровообращении в дополнение к усиленной клеточной трансфекции и обходу эффлюксного транспортера. Как минимум 50 несвязанных молекул цисплатина должны быть трансфицированы в клетку, чтобы продемонстрировать эффективность. Тем не менее, было обнаружено, что дендримеры, связанные с цисплатином, проявляют большую эффективность при более низких концентрациях препарата с пониженной цитотоксичностью.

1.1. Дендримеры в диагностике заболеваний

Помимо действия в качестве потенциальных молекул доставки лекарств, дендримеры также были исследованы в качестве способа диагностики и визуализации в лечении рака [19, 20]. Химиотерапия работает либо одним, либо комбинацией этих способов, включая ингибирование ангиогенеза, индукцию апоптоза, модуляцию экспрессии генов, блокирование ингибиторов сигнальной трансдукции и вакцины. Противоопухолевые препараты могут быть либо заключены в ядро (с помощью водородной связи, гидрофобного взаимодействия или электростатического присоединения), либо прикреплены поверхностью/оболочкой/ветвями к дендритным концевым группам ковалентной связью [21]. Степень лекарственной нагрузки зависит от используемого поколения дендримеров: чем выше поколение, тем лучше захват, кроме того, оно также предлагает множество функциональных групп для конъюгации лекарств.

1.2. Кинетика высвобождения лекарственных средств из дендримеров

Взаимодействие дендримера и препарата определяет исход высвобождения препарата из дендритного комплекса [22]. Скорость высвобождения препарата из ядра значительно отличается от скорости в концевых группах дендримеров. Обычно препарат, связанный с поверхностью, высвобождается первым и в более быстром темпе, в то время как препарат внутри ядра высвобождается последним и дает эффект устойчивого высвобождения. Кроме того, рН и другие факторы окружающей среды играют ключевую роль в высвобождении лекарств. Химиотерапевтические препараты не действуют селективно и поэтому не могут целенаправленно воздействовать на опухоль, что является серьезной проблемой для традиционной химиотерапии. В дальнейшем исследователи разработали подход к селективному таргетному лечению опухоли, стратегию, аналогичную взаимодействию антитело-токсин, концепции иммуноконъюгата, в которой потенциальные единицы/молекулы сначала идентифицируются, а затем прикрепляются к поверхности системы доставки наночастиц/лекарств, и уже потом система доставки продвигает носителя непосредственно к опухоли, не распределяясь по всем частям тела [23]. Важной особенностью этого подхода является использование ДНК, которая позволяет таргетному агенту, например фолату, нацеленному на PAMAM [24], присоединяться к дендритному комплексу с помощью кДНК. В настоящее время эти агенты используются дендритными комплексами, которые обладают способностью присоединять углеводы. Хорошим примером является применение дендримера при разработке вакцин, когда олигосахариды (которые являются исключительными для раковых клеток) прикрепляются к поверхности дендримера [25–28]. Недавно было обнаружено, что дендримеры направляют мультимерную презентацию углеводов, жизненно важную для усиления эффекта кластерного гликозида, ответственного за усиленное таргетирование дендримеров [29–31]. Дополнительный подход к применению гликозилирования в лечении рака включает экспрессию сиаловой кислоты на клеточной поверхности с использованием аналогов N-ацетил-маннозамина [26, 32]. Дендримеры обладают способностью загружать и присоединять ряд таргетных агентов, которые могут направлять их к раковым клеткам [33, 34]. Биосовместимость и безопасность систем доставки лекарств всегда вызывали опасение, однако было установлено, что дендримеры безопасны, биосовместимы и легко выводятся из организма. По сравнению с несвязанным свободным препаратом, комплексы препарата РАМАМ остаются в системном обращении в течение длительного времени. Дендримеры элиминируются через почки, они также используются факторами роста, фолиевой кислотой, пептидами и антителами [35-39]. У некоторых положительно заряженных дендримеров было установлено, что периферические концевые группы вызывают токсичность по отношению к нормальным клеткам [40–42].

2. Типы дендримеров

2.1. Поли(амидоамин) РАМАМ-дендримеры

Поли(амидоамины) – РАМАМ – являются наиболее часто используемыми дендримерами в производстве лекарственных средств вследствие своей игидрофильной, биосовместимости и неиммуногенной природы. Ядра PAMAM дендримеров обычно состоят из диаминододекана, этилендиамина, диаминогексана и диаминобутана [43, 44]. Фрагменты, используемые для разветвления, включают метилакрилат и этилендиамин, обладают аминными и карбоксильными концевыми группами [45].

2.1.1. Противоопухолевый препарат, содержащий РАМАМ-дендримеры: доксорубицин (DOX)

Одним из наиболее часто используемых препаратов в химиотерапии является доксорубицин. Несмотря на многочисленные результаты успешного применения, он имеет серьезные побочные эффекты, наиболее опасным из которых является кардиотоксичность [46]. Немало исследователей по всему миру занимались разработкой дендримеров в которые успешно был внедрен DOX, чтобы уменьшить побочные эффекты, тем самым повысив эффективность данного препарата [47–49]. Авторами Zhong и др. [50] во время работы над способами доставки лекарств пульмонологического профиля с помощью дендримеров с внедренным DOX, было установлено, данный способ доставки способствует снижению степени метастазирования при местном введении в легкие. Кислотно-чувствительная гидразонная связь использовалась для конъюгации DOX с поверхностью дендримеров G4 PAMAM. Для изучения эффекта уменьшения метастазирования местного легочного введения дендримеров с внедренным DOX, мышам ксенотрансплантировали клетки меланомы В16-F10. Было обнаружено, что размер опухоли уменьшается с уменьшением сердечного кровообращения раковых клеток, кроме того, было также установлено, что в легких увеличивается накопление конъюгированных с DOX дендримеров. Кислотно-чувствительная гидразонная связь между дендримерами и лекарственным средством способствует чувствительному к стимулам высвобождению лекарственного средства в опухолевых или эндосомальных везикулах [51] при воздействии низкого рН. Таким образом усиливается конъюгирование лекарственного препарата с антителом, обеспечивающим высвобождение и таргетную доставку препарата к опухоли.

2.1.2. Противоопухолевый препарат, содержащий РАМАМ-дендримеры: паклитаксел (PTX)

За последние два десятилетия исследователи тщательно изучили стимуляторы, реагирующие на высвобождение лекарств, и в этой области был достигнут значительный прогресс [52, 53]. Работая над данной стратегией [54], дендримеры G4 PAMAM были присоединены к PTX с помощью пептидного линкера (который может быть расщеплен ферментом катепсином В in vivo). Было обнаружено, что, в отличие от несвязанного PTX, дендритный комплекс, нагруженный PTX, по сравнению с нормальными клетками, обладает высокой активностью катепсина В и более цитотоксичен для раковых клеток. Было обнаружено, что дендримеры, нагруженные PTX, демонстрируют лучшую эффективность ингибирования опухоли, чем свободный препарат in vivo у мышей с активно экспрессирующим ксенотрансплантатом катепсина B MDA-MB-231.

2.1.3. Противоопухолевый препарат, загруженный ПАМАМ-дендримерами: доцетаксел (DTX)

Для улучшения таргетной способности дендримеров, таких как PAMAM, их поверхность может быть модифицирована многочисленными лигандами, что приводит к лучшему таргетированию опухоли и уменьшению побочных эффектов [55]. Одними из часто используемых лигандов в активном таргетировании являются антитела. Исследовательской группой под руководством доктора Kulhari [56] было использовано такое антитело, как трастузумаб (TZ) в качестве лиганда. Они конъюгировали его с поверхностью загруженных дендримеров DTX G4, используя PEG в качестве связующего агента. Сообщается, что рецептор эпидермального фактора роста человека типа 2 (HER2) чрезмерно экспрессируется при многих разновидностях рака. TZ, присутствующий на поверхности дендримеров, прикрепляется к ним, чтобы прекратить передачу потока сигналов [57]. Два типа клеток, таких как MDA-MB-453 (HER2-положительный) и MDA-MB-231 (HER2-отрицательный), были использованы для изучения эффективности и таргетного потенциала дендримеров-носителей TZ. После 4-часового инкубационного периода, в отличие от загруженного DTX дендримера (без TZ), в клетках MDA-MB-453 (HER2-положительные) наблюдалось на 70% более высокое клеточное поглощение дендримеров TZ-DTX, в то время как в клетках MDA-MB-231 (HER2-отрицательные) не наблюдалось существенной разницы. Кроме того, в отличие от дендримеров, загруженных DTX (без TZ), дендримеры TZ-DTX показали более высокую цитотоксичность в отношении раковых клеток MDA-MB-453. Кроме того, было обнаружено, что IC₅₀, экспонируемый дендримерами TZ-DTX, в 3,6 раза больше, чем дендример, загруженный DTX (без TZ), хотя существенной разницы в эффективности любого из составов или свободного препарата в клетках MDA-MB-123 не наблюдалось.

2.1.4. Противоопухолевый препарат и siRNA загруженные PAMAM дендримеры: DOX и siRNA

Для решения проблемы множественной лекарственной резистентности (вызванной белком P-gp) исследовательская группа Pan [58] использовала аналог P-gp siMDR-1 при совместной доставке противоопухолевого препарата DOX с siRNA, и первоначальные результаты были многообещающими. PEG – комплексные дендримеры G4 PAMAM – были загружены совместно с siMDR-1 и DOX. PEG помогает гомогенизировать структуру дендримеров в дополнение к экранированию катионного заряда. РАМАМ помогает в комплексообразовании siRNA, усиливая взаимодействие с клетками и помогая в эндосомальном высвобождении. Для повышения терапевтического потенциала важно поддерживать равновесие между взаимодействием с клетками и цитотоксичностью. Для совместной доставки siRNA и DOX было установлено, что оптимальное соотношение MDM составляет 1:10. Также было установлено, что дендримеры МDМ (1:10), входящие в комплексы с siMDR-1, снижают функцию и уровень прикрепленного к мембране P-gp, что, в свою очередь, приводит к снижению множественной лекарственной резистентности. Наряду с эффективной доставкой siRNA в раковые клетки и снижением множественной лекарственной резистентности, дендримеры также демонстрировали лучшую цитотоксичность в отношении раковых клеток по сравнению со свободным DOX.

2.1.5. Применение РАМАМ дендримеров в комбинированной химиотерапии: DOX и цисплатин

РАМАМ дендримеры были широко изучены в различных аспектах доставки лекарств, однако отдельно стоит выделить комбинированую доставку. Guo и его коллеги [59] изучали влияние комбинированной загрузки химиотерапевтических препаратов на дендримеры. Чтобы реализовать свою идею, сначала они изготовили дендримеры G4 PAMAM, модифицированные гиалуроновой кислотой (HA@PAMAM), с последующей комбинированной загрузкой (ковалентная конъюгация) цисплатина и DOX (HA@PAMAM-Pt-Dox). В результате проведенных испытаний было установлено, что дендримеры HA@PAMAM-Pt-Dox повышают эффективность цисплатина и DOX против рака молочной железы. Эффективность HA@PAMAM-Pt-Dox оказалась выше комбинации свободного/несвязанного цисплатина и DOX. Несмотря на многочисленные достигнутые результаты и успехи, в рамках этой стратегии, возникли некоторые проблемы, включая отсутствие таргетной доставки к раковым клеткам, проблемы растворимости лекарств и окказиональные проблемы, возникающие из-за антагонистической природы лекарств. Исследователи тщательно изучили физико-химические характеристики дендримеров HA@PAMAM-Pt-Dox как in vitro, так и in vivo, и результаты были положительными и показали их синергический потенциал в терапии рака молочной железы.

2.1.6. PH-чувствительные PAMAM дендримеры, поверхность которых отмечена фолиевой кислотой (FA) при доставке DOX

Работая над высвобождением препарата в ответ на стимулирующее воздействие, Zhang и его коллеги [60] выбрали частично ацетилированные дендримеры РАМАМ G5. Конъюгирование фолиевой кислоты на поверхности с DOX поводили посредством чувствительной к рН цис-аконитильной связи с получением конъюгата состава G5.NHAc-FA-DOX. Известно, что рецепторы FА сильно экспрессируются при различных видах рака, что является основанием для присоединения FА к поверхности агентов доставки, чтобы дать возможность обеспечить таргетирование лекарства. Изготовленные дендримеры, загруженные DOX и фолиевой кислотой, показали многообещающие результаты в снижении тяжести заболевания и роста опухоли.

2.1.7. Биотинилированные дендримеры PАМАМ для доставки паклитаксела (PTX)

Наряду с DOX исследователи работали и над другими химиотерапевтическими препаратами, чтобы повысить их эффективность и уменьшить побочные эффекты. Yao и Ma [61] стремились улучшить поглощение клеток и уменьшить нежелательные побочные эффекты паклитаксела. При этом они проводили биотинилирование PАМАМ дендримеров, а затем проводили коньюгирование на них паклитакселя (PTX). Для оценки уровня дендритного биотинилирования был проведен анализ 4›-гидроксиазобензол-2-карбоновой кислоты (HABA). Результаты анализа HABA подтвердили комплексное дендритное биотинилирование. Для подтверждения сохранения основной целостности комплекса была проведена дифференциальная сканирующая калориметрия (DSC), которая подтвердила данную гипотезу. После этого были проведены различные физико-химические тесты, включая определение лекарственной нагрузки (%) и высвобождения препарата in vitro, для изучения характеристик комплекса PTX-биотинилированных дендримеров. Для изучения потенциала клеточной трансфекции PTX-биотинилированных дендримеров в нормальных клетках (HEK293T) и раковых клетках (OVCAR-3) было проведено флуоресцентное исследование. По сравнению со свободным лекарственным средством и другими препаратами, комплекс дендримера показал высокую лекарственную нагрузку (12,09%) и длительное высвобождение препарата (70% в течение 72 час.). По сравнению с HEK293T, OVCAR-3 принимали больше биотинилированных дендримеров. В результате ряда статистических и экспериментальных исследований было установлено, что биотинилированные дендримеры последовательно высвобождают препарат в течение 72 час., увеличивая поглощение клетками с меньшей токсичностью и меньшими побочными эффектами.

2.1.8. Поверхность дендримеров РАМАМ, модифицированная гиалуроновой кислотой (HA), для доставки рекомбинантной метиониназы (rМЕТаse)

Li и его коллеги [49] стремились обеспечить химиотерапию рака желудка (РЖ), одной из наиболее распространенных причин смерти, связанной с раком. Против РЖ рекомбинантная метиониназа (rМЕТаse) является широко используемым противоопухолевым препаратом при доставке наночастиц на основе полимеров. Исследователи разработали новую дендритную систему доставки лекарственных средств, включающую G5 PAMAM-Au-МЕТаse, и модифицировали ее гиалуроновой кислотой (НА). Система продемонстрировала многообещающую биосовместимость, растворимость и другие характеристики. В исследовании in vivo, проведенном на мышах (Nu/Nu nude mice), ксенотрансплантированных клетками CD44(+) GC, было обнаружено, что дендримеры G5 PAMAM-Au-МЕТаse, отмеченные HA, уменьшают размер опухоли и ингибируют ее рост.

2.1.9. Дендримеры РАМАМ, модифицированные алкиловым PEG (Alkyl PEG) и формиатом холестерила

Pishavar и его исследовательская группа [62] модифицировала дендримеры G5 РАМАМ двумя различными способами, такими как модификация Аlkyl-PEG и формиата холестерина. Кроме того, для таргетной доставки при лечении рака толстой кишки, они также модифицировали поверхность G4 PAMAM с помощью лиганда, индуцирующего апоптоз, ассоциируемый с рецептором фактора некроза опухоли. Полученные модифицированные дендримеры показали лучшую эффективность трансфекции за счет преодоления многочисленных барьеров (как внеклеточных, так и внутриклеточных) в дополнение к снижению токсичности РАМАМ. Кроме того, исследование in vivo, проведенное на мышах, несущих ксенотрансплантаты опухоли С26, показало ингибирующий потенциал опухоли дендритной системы доставки лекарств. Важным аспектом, связанным с различными поколениями дендримеров РАМАМ, является поддержание равновесия между эффективностью и токсичностью; обычно чем выше поколение, тем выше эффективность и токсичность. Учитывая этот фактор, многие исследователи используют дендримеры G4 PAMAM в качестве лекарственных средств и агентов доставки siRNA/ генов из-за лучшей эффективности и умеренной токсичности.

2.2. PPI дендримеры поли(пропиленимина)

После PAMAM обычно используются PPI дендримеры, которые имеют ядро, состоящее из 1,4-диаминобутана (DAB), однако его также можно синтезировать с использованием этилендиамина или других агентов и путем двойного присоединения Михаэля. Мономеры пропиленимина часто используются в этих дендримерах в качестве разветвленных звеньев. Таким образом, их ядро состоит из третичных трис-пропиленаминовых мономеров, а поверхностные концы обычно состоят из первичных аминов [64]. В отличие от РАМАМ, их ядро более гидрофобно из-за наличия алкильных цепей и амидных групп [65].

2.2.1. PPI дендримеры, инкапсулированные противоопухолевым препаратом Мелфаланом

Исследовательская группа Kesherwani работала над различными поколениями дендримеров PPI, а также модифицировала их [66, 67]. PPI дендримеры G3, G4 и G5 были инкапсулированы мелфаланом, и комплексы G4 и G5 показали лучшее ингибирование опухоли и более длительную выживаемость у мышей BALB/c, носителей ксенотрансплантатов клеток MCF-7. По мере увеличения числа поколений увеличивается и гемолитическая токсичность дендримеров [68]. Было обнаружено, что таргетная способность PPI дендримеров усиливается при модификации поверхности фолиевой кислотой (FA), кроме того, их эффективность также повышается, а токсичность снижается, возможно, из-за сокрытия катионных групп FA. Однако было обнаружено, что, в отличие от более низких поколений, таких как G3 и G4, биосовместимость G5 нарушена. Кроме того, поверхность дендримеров, модифицированная FA, показала лучшее ингибирование опухоли у мышей BALB/c-носителей ксенотрансплантаты MCF-7.

2.2.2. PPI дендримеры, инкапсулированные PTX, и поверхность, связанная с моноклональным антителом

Чтобы повысить эффективность таргетирования дендримеров PPI, Jain и его коллеги [69] изготовили дендримеры G4.5 PPI с карбоновой кислотой в концевом положении, для лучшего таргетирования отметили их поверхность моноклональным антителом mAbK1 и загрузили химиотерапевтическим препаратом PTX (mAbK1-PPI-PTX). Мезотелин — это белок, который, как было обнаружено, чрезмерно экспрессируется при некоторых видах рака, и mAbK1 специфически связывается с ним. Дендримеры mAbK1-PPI-PTX показали лучшую цитотоксичность in vitro в клетках OVCAR-3 (мезотелин сверхэкспрессировал рак яичников) по сравнению со свободными дендримерами PTX или PPI-PTX. Из результатов многочисленных физико-химических экспериментов и экспериментов in vitro можно сделать вывод, что иммунные дендримеры, нагруженные PTX G4.5 PPI, обладают потенциалом эффективно нацеливаться на клетки рака яичников из-за чрезмерной экспрессии на них рецепторов мезотелина.

2.2.3. Мальтоза – модифицированная поверхность дендримеров PPI (mal-PPI) в комплексе с siRNA

Исследовательская группа Tietz [70], работая над короткими интерферирующими РНК (siRNAs), нашла их применение в лечении рака. Они работали над разработкой нового полимерного наноносителя, построенного из дендримеров PPI, модифицированных мальтозой, модифицированных трансфекцией (mal-PPI), прикрепленных к переменным фрагментам одной цепи (SCFV) для таргетной доставки siRNA. Результаты показали, что дендримеры mal-PPI являются эффективными носителями siRNA в терапии рака, кроме того, это исследование также поспособствовало разработке новой стратегии биоконъюгации нанобиоматериалов с белковыми лигандами.

2.2.4. PPI дендримеры, загруженные противоопухолевым препаратом: Цитарабин (Ara-C)

Лаборатория Szulc [71] работала над улучшением уже существующих стратегий лечения лейкемии. Цитарабин, сокращенно Ara-C, является химиотерапевтическим препаратом. Несмотря на свою эффективность, данный препарат содержит ряд проблем таких, как недостаточное поглощение клетками, накопление в опухолевых клетках вместо преобразования в активный аналог трифосфата и развития резистентности. PPI дендримеры были комплексообразующими с нуклеотидом Ara-C трифосфатом (Ara-CTP). PPI гликоль-дендримеры эффективно загружали, переносили и доставляли цитарабин клеткам рака (1301 и лейкоза HL-60) in vitro. Результаты показали потенциал дендритного комплекса с препаратом PPI в таргетной химиотерапии.

2.2.5. Поверхность PPI дендримеров, связанная с глицирризином (GL) (GL-PPI) для доставки DOX

Jain с коллегами [69] разработали два различных наноносителя для доставки DOX, а именно – GL-конъюгированный дендримерный комплекс PPI (GL-PPI-DOX) и GL-многостенные углеродные нанотрубки (GL-MWCNT-DOX) при раке печени. В отличие от нанотрубок GL-MWCNT-DOX (43,02±0,64%), дендримеры GL-PPI-DOX показали лучшую эффективность загрузки и захвата лекарств (87,26±0,57%). Кроме того, было также обнаружено, что гемолитическая токсичность DOX снижается на 12,38±1,05% в случае загрузки на GL-PPI-DOX и на 7,30±0,63% при загрузке на GL-MWCNT-DOX, и возможным объяснением этого является присутствие GL в наноносителях. Анализ in vitro (MTT), проведенный на клетках HepG2, показал снижение IC50 DOX с 4,19±0,05 μM (свободного DOX) до 2,7±0,03 в случае GL-MWCNT-DOX и 2,0±0,01 μM для DOX, загруженного на GL-PPI-DOX (табл. 1).

Таблица 1 – Дендримеры в таргетной химиотерапии

2.3. Поли-l-лизиновые дендримеры PLL

Вследствие многообещающего конденсационного потенциала олигонуклеотидов, дендримеры поли-L-лизина (PLL) часто используются в ресурсах доставки siRNA и генов [89]. Как и другие полимеры (PAMAM и PPI), используемые для изготовления дендримеров, PLL также обладает многообещающими гидрофильными характеристиками, эластичностью, биосовместимостью и биоразлагаемостью. Ядро и разветвленные мономеры состоят из аминокислоты лизина, а также преобладают структурные пептидные связи [90]. Дендримеры PLL отличаются от PAMAM и PPI своей асимметричной природой. Тем не менее, они обладают еще специфичностью, обусловленной присутствием концевых аминных групп и упорядоченным/последовательным числом лизиновых групп, исходящих из ядра. Лизин, присутствующий в концевом PLL, содержит два модифицируемых первичных амина, которые могут быть применены для улучшения биомедицинских применений [91, 92].

2.3.1. Дендримеры PLL, связанные с противоопухолевым препаратом: DOX

DOX может быть успешно загружен на дендримеры PLL, также может быть реализована его таргетная доставка, что приводит к улучшению химиотерапевтической активности и снижения побочных эффектов [66, 92]. Дендримеры PLL G6 (не являющиеся носителями какого-либо препарата) с сильным катионным зарядом показали эффективную противоопухолевую активность in vivo у мышей, носителей ксенотрансплантатов B16F10 [93]. Другое исследование показало, что эти дендримеры демонстрируют глубокое проникновение in vivo у мышей, носителей ксенотрансплантаты меланомы B16F10 и модели опухоли рака предстательной железы 3D DU145 in vitro, что соответствует их небольшому среднему диаметру и сильному катионному заряду [94, 95]. Исследовательская группа Li [96] также стремилась улучшить таргетную доставку DOX с помощью дендримеров G6 PLL. Niidome с коллегами [97] обнаружили более высокую аккумуляцию дендримеров PLL в опухоли и уменьшение размера опухоли in vivo у мышей BALB/cN, носителей ксенотрансплантаты рака прямой кишки Colon-26, по-видимому, без каких-либо побочных эффектов.

Присоединение PEG к дендримерам PLL приводило к улучшению аккумуляции в опухоли за счет усиления эффекта проникновения и удержания (EPR), в то время как присутствие олигопептидной связи создавало гидрофобную полость, приводящую к усилению инкапсуляции DOX. Некоторые дендримеры PLL проходят фазу I клинических испытаний. Например, дендритная система доставки PEGylated-PLL, модифицированная доцетакселом DEP^® (Starpharma, Австралия), продемонстрировала улучшенную таргетную доставку и эффективность ингибирования опухолей (молочной железы, яичников, легких и простаты) по сравнению с Taxotere® (доцетаксел), признанным противораковым препаратом [88]. В лаборатории Jain также изучали химиотерапевтический потенциал дендримеров PLL в лечении рака. Исследователи разработали поверхность дендритной системы PLL, отмеченную FA (FPLL), в качестве наноносителя DOX для усиления антиангиогенеза, цитотоксичности опухолевых клеток, таргетной доставки DOX и высвобождения в зависимости от pH. Райан и др. [98] разработали и сравнили in vivo противолимфомную активность трех различных систем доставки лекарств, включая дендримеры PEGylated-PLL, нагруженные DOX, загруженные DOX липосомы PEG и инкапсулированные DOX мицеллы плюроника, на основании изучения их фармакокинетики в плазме и лимфе. Результаты показали, что при подкожном и внутривенном введении дендримеры PEGylated-PLL существенно увеличивают извлечение DOX в грудной лимфе лучше, чем инкапсулированные DOX плюронические мицеллы.

2.3.2. Дендримеры PLL в комплексе с миРНК

PLL обладает потенциалом для эффективного прикрепления и конденсации siRNA / гена на своей поверхности, что является характерной чертой, которая привлекла большое внимание исследователей. Патил с соавторами разработали дендритную систему из трех блоков PAMAM-PEG-PLL для таргетной доставки siRNA и подавления гена. Каждый мономер триблока был тщательно отобран и играл определенную роль, например, PAMAM действовал как протонная губка и помогал эндосомному ускользанию и цитоплазматической доставке siRNA; аналогично, PEG связывает PLL с PAMAM, обеспечивает стабильность против нуклеаз, а также помогает сохранять целостность siRNA в плазме. Кроме того, PLL обеспечивает повышенную трансфекцию и проникновение, а также прочное связывание siRNA с поверхностью за счет присутствия первичных аминов. По-видимому, о токсичности, связанной с триблочным полимером, не сообщалось. Кроме того, было обнаружено, что токсичность PLL значительно снижена, и возможным объяснением этого наблюдения является конъюгация PEG-PAMAM. Полученные данные показали многообещающую эффективность трансфекции дендритной системы трехблочного PAMAM-PEG-PLL в раковые клетки, а также продемонстрировали значительную стабильность в плазме.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

За последние два десятилетия дендримеры привлекли к себе значительное внимание в сфере разработки для применения в биомедицине. Благодаря сферической структуре и поливалентному характеру, дендримеры обладают потенциалом для решения проблем, с которыми сталкивается обычная доставка лекарств, таких как плохая растворимость, неселективная доставка, плохая биодоступность и распределение. Более того, дендримеры недавно показали себя многообещающими в сфере визуализации; диагностики, тераностики, таргетной доставки лекарств и других.

Область, которая все еще требует углубленного анализа и внимания исследователей, – это получение дополнительной информации о биодоступности и распределении дендримеров, чтобы эти характеристики можно было оптимизировать для достижения наилучшего эффекта. При введении in vivo дендримеры должны оставаться в плазме достаточно долго, чтобы собираться в таргетных участках. Тем не менее, их своевременное выведение из организма также не менее важно, чтобы избежать токсичности или других побочных эффектов. Эти области требуют дальнейшего внимания и исследований. Другая важная задача – заранее определить потенциальные показатели дендримеров (локализацию в ткани) in vivo. Кроме того, необходимо глубоко изучить влияние периферических групп на физико-химические свойства дендримеров. Высвобождение лекарств и кинетика – еще одна область, которая требует большего внимания исследователей и может быть значительно улучшена, чтобы сделать ее более предсказуемой и воспроизводимой. Изменение / модификация ферментативно расщепляемых звеньев в дендримерах – сложная задача из-за сжатой трехмерной сферической структуры дендримеров; тем не менее, дендримеры являются полезными платформами для использования альтернативных путей высвобождения, таких как каскадное высвобождение. В последнее время немногие исследователи сообщили о своих открытиях в этой области; однако, чтобы сделать вывод, необходимы дополнительные исследования.

По сравнению с другими линейными полимерами, уникальные особенности, качества и преимущества больших дендримеров лежат в основе их ступенчатого синтеза. Новейшие открытия показали, что дендритные наноносители обладают множеством уникальных свойств, которые требуют дополнительных исследований и разработок.

ФИНАНСОВАЯ ПОДДЕРЖКА

Данный обзор не имел финансирования от сторонних организаций.

КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ

Автор заявляет об отсутствии конфликта интересов.

ВКЛАД АВТОРА

М.В. Aмджад – планирование, сбор литературных данных, написание и редактирование обзора.

Об авторах

Мухаммад Вахаб Амджад

Автор, ответственный за переписку.
Email: mwbamjad@yahoo.com
ORCID iD: 0000-0002-5832-8602

доцент кафедры фармацевтики фармацевтического факультета

Список литературы

Дополнительные файлы